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江苏省常州技师学院 维修电工技师论文国家职业资格全国统一鉴定维修电工技师论文(国家职业资格二级)论文题目:基于PLC的温室大棚自动化控制 姓 名: 史 新 杰 身份证号: 320421197601203015 准考证号: 所在省市: 江苏常州 所在单位: 江苏所常州技师学院 第 3 页 共 34 页基于PLC的温室大棚自动控制系统姓名:史新杰单位:江苏常发农业装备股份有限公司 摘要:植物生长讲究适时、适地,也就是对生长环境温度、湿度、光照强度以及土壤条件的需求比较严格,只有给予了植物合适的生长环境,才会有理想的收获,尤其是对人工控制生长环境的大棚植物,大棚内的温湿度和土壤的温湿度监控对植物的生长至关重要。温湿度监控检测的方法很多,本文主要讲述了三菱FX2N-32MR系列可编程控制器(PLC)为主要的控制元件的系统,实现对温室大棚温度和湿度进行实时监测和显示。PLC与其他的控制器相比具有较高的抗干扰的能力和高的可靠性,并且对环境的适应性好。 关键词:温室大棚;PLC;温湿控制目录第一章 系统概述1 1.1 课题研究背景和意义1 1.2 温室大棚的结构1 1.3 温室大棚的控制要求2第二章 系统硬件设计5 2.1 PLC的选用5 2.2 主回路的电路设计62.3 温湿度传感器的选用142. 4 加热及加湿系统的设计20第三章 系统程序设计22 3.1 温室大棚系统的I/O分配表223.2 PLC接线图233.3 程序设计注释24结束语28答谢词29参考文献30附录31 附录A31 附录B32第一章 系统概述1.1 课题研究的背景和意义温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系,同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数,例如机械、电子、化工、农业等各类工作中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。本设计是基于三菱FX2N-32MR系列PLC为主要控制元件进行设计的,可编程控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便,易于编程及适应恶劣环境下应用等一系列优点,近年来的工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广,成为现代工业控制三大支柱之一。PLC的最终目标是用于实践,提高生产力。如今,应用PLC已经成为世界潮流,PLC将在我国得到更全面的推广运用。本文主要介绍了对温室大棚的温湿度进行检测和显示的设计方法。1.2温室大棚的结构1本次课题中的实物结构图如下图1-1所示图1-1温室大棚的实物图2.温度传感器、湿度传感器、仪表温度、湿度是植物生长最重要的条件,保证植物正常生长需的适宜温度、湿度,达到最高的产量。在植物生长的过程中,仪表对大棚内的温度、湿度进行监控、设定、调节。3.电机在整套系统中,用了五台电机,在系统中起到很重要的作用。为大风电机、风冷电机、风门电机、喷灌电机、加热风机。 (1)大风电机它在整个植物生长过程中时刻不停的工作,主要作用是将大棚内的空气形成对流,为每一个植物提供适宜的温度和湿度。(2)风冷电机风冷电机主要作用是当温度过高时进行散热降温的作用,来保证植物的正常温度下生长。(3)风门电机风门电机主要作用是为植物提供新鲜的空气,来控制大棚内的适宜的温度和湿度。(4)加湿电机加湿电机是为植物正常生长提供适宜湿度的关键部分,提高植物成活率。(5)加热风机在植物生长的过程中,对大棚内的空气进行加热,达到植物所需的温度,大棚中使用圆翼型热镀锌散热器进行加热的。1.3温室大棚的电气控制要求1对大棚内的温度与湿度进行监控、调节不同的植物生长所需的最适温度也不同,如:蒜黄生长所需的最适温度图1-2植 物生长周期 温 度(度) 蒜 黄20天 2025图1-2蒜黄最适生长温度系统中通过一个温度传感器来控制温度,同时对温度进行调节。湿度传感器在系统中控制大棚内的湿度,通过湿度传感器设定的值与当前大棚内的值进行比较,来控制风门电机的开启来使箱内的湿度达到设定值。2.在此系统中可实现手动、自动两种控制要求。(1)在系统中可手动控制可以手动控制加湿电机、风门电机的启动和停止(2)自动控制温室大棚的流程是,在在拨种完成后,按下启动按钮打开大风电机(在此通过变频器来控制大风电机的转速),为了不要让大风电机一直处于最好速度运行,通过变频器来调速。当刚开始启动大风电机时以最高速度来运行,使大棚内的湿度和温度快速搅拌均匀,来达到我们设定的温度和湿度。当温度和湿度到达设定值时,大风电机以低速运行,在后面每三个小时换气中大风电机以中速运行。在按下启动按钮后,加湿电机启动,加热风机进行加热。当湿度湿度达到预设值时,加湿电机停转,当湿度大于预设值时,加湿电机停转,启动风门电机通风散湿,使湿度达到预设值。当温度达到预设值时,加热风机停转,当温度超过预设值时,加热风机停转,启动风冷电机散热,使温度达到预设值。为了给大棚内的植物植物提供新鲜的空气,风门电机每三个小时启动一次,进行通风。(3)线路简单,工作稳定可靠。(4)当在改变工艺流程时,便于线路的改造。(5)便于检修与调试。第二章 系统硬件设计2.1 PLC的选用1PLC控制的优点可编程控制器作为一种通用的自动控制设备,它在控制系统中具有一些独特的优点:(1)可靠性高:PLC平均无故障时间可达几十万小时,也就是说一台PLC连续运行30多年不出故障,可靠性非常好。(2)更改线路容易:PLC只需要对内部梯形图更改,对外部接线更改要求不多。所以,它更改线路就比普通电气线路容易很多。(3)对环境要求低:它对湿度、温度要求不高,抗震抗冲击性能好,对电源电压要求也不高。(4)与其他装配连接方便:可编程控制器与其他装配的连接基本上是直接的。(5)抗干扰能力强:很强的抗电磁干扰能力。2.PLC的选型随着PLC制造技术的不断发展,PLC产品的种类、型号越来越多,他们的功能、价格、使用条件各不相同。由于本次课题的控制任务中对PLC功能的要求不是很高,又因为价格便宜,调试和故障查找非常方便,而且与同类产品相比它质量好、运行稳定、可扩展性强、抗干扰能力强、售后服务优良。因此本课题采用三菱公司生产的PLC。FX2N型PLC是日本三菱公司生产的一种小型的PLC,但是其许多功能能达到大、中型PLC的水平,而价格却比大、中型的PLC低很多,因此它一经推出就受到了广泛的关注。特别是FX2N系列PLC,在本系统中共用到了14个输入,9个输出,其中四个输出传给变频器,两个输入给温度传感器,两个输入给湿度传感器。输入输出如下表2-1所示。表2-1PLC输入输出点数输入输出手动/自动按钮:SA大风电机运行:KM1大风电机启动:SB1加湿电机运行:KM2开始启动按钮:SB2风门电机运行:KM3加湿电机启动:SB3加热风机运行:KM4风门电机启动:SB4风冷电机运行:KM5风冷电机启动:SB5温度指示灯:HL1加热风机加热:SB6湿度指示灯:HL2暂停按钮:SB7暂停警铃:HA1停止按钮:SB10变频器异常警铃:HA2温度传感器输出:T1T2湿度传感器输出:T3T4变频器异常输入:AC由于在本温室大棚电气控制系统中输入输出不需要太多,综合性价比的考虑,我选择了三菱PX2N-32MR型的PLC。3.三菱FX2N-32MR的参数型号:FX2N-32MR电源:AC85-264V频率:50/60HZ功率:21W输入点数:16输出点数:162.2 主回路的电路设计1大风电机主回路设计在本系统中,大风电机是整个温室大棚设备控制中最重要的部分,它在植物生长的过程中时刻不停的工作,主要是将大棚内的空气形成对流。为植物提供适宜的温度和湿度。由于在植物生长的过程中我们需要对电机的速度进行调节,在此通过变频器来控制大风电机的速度,为了不让大风电机一直处于最高速运行状态,通过变频器来改变,当刚开始启动大风电机时以最高速来运行,转速为1120转/min,使大棚内的温度、湿度快速搅拌均匀,达到我们设定的温度和湿度,当温度和湿度达到预设值时,大风电机低速运行,转速为280/min。在后面每三个小时的换气中,大风电机以中速运行,转速为700/min。(1)变频器的选择变频器功率的选择取决于电机功率的大小,所以选用变频器的容量要大于等于4KW,本系统中选择了FR-E540-4K三菱变频器。下图为三菱FR-E540-4K变频器端子接线图。图2-1三菱FR-E540-4K变频器接线端子图在本系统所用到的端子为:1) L1、L2、L3:连接工频电源,为电源输入端。2) U、V、W:变频器输出,接三相鼠笼电机。3) STF:正转启动,STF信号ON时便正转,处于OFF时停止。4) RH、RM、RL:信号组合,用来选择多段速度。5) SP:信号公共输入端子。6) RUN:变频器运行输出端子。7) SE:集电极开路输出公共端,RUN、FU的公共端子。 8) ABC:为异常输出端,当出现异常时变频器停止工作。(2)控制端子图2-2 变频器的控制端子SD为公共端,STF控制电机正转,STR控制电机反转,RL为大风电机以280n/min运行,RM为大风电机以700n/min运行,RH为大风电机以1120n/min运行。 (3)参数设置 由于使用的是普通的三相电机,所以对其内部的参数设置比较 简单,大多数是默认值,只需对以下参数进行设置。 Pr.440 设置高速频率为40HZ Pr.525 设置中速频率为25HZ Pr.610 设置低速频率为10HZPr.71 设置加速时间为2SPr.81 设置减速时间为2SPr.95 电子过流保护Pr.710 设置适用电机为合适标准电机的热特性Pr.792 操作模式选择Pr.83380 电机额定电压 Pr.8450 电机额定频率AC端为变频器异常输出端根据系统需要,M为大风电机
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